Elk jaar vechten boeren tegen een onzichtbare, meedogenloze, formidabele vijand: plantenvirussen. In tegenstelling tot bacteriën of schimmels, die kunnen worden gecontroleerd met pesticiden of fungiciden, is er geen eenvoudige manier om gewassen van virale infecties te genezen. Volgens de VN -Food and Agriculture Organisation (FAO) vernietigen plantenplagen en ziekten bijna 40% van het jaarlijkse gewas ter wereld, wat de wereld meer dan $ 220 miljard kost. Daarvan dragen plantenvirussen alleen elk jaar bij aan meer dan $ 30 miljard aan verliezen.
In reactie daarop begonnen wetenschappers de kracht van op RNA gebaseerde technologie te tikken om planten te helpen zichzelf beter te verdedigen-precies de manier waarop ons immuunsysteem virussen bestrijdt. Bij Martin Luther University Halle-Wittenberg in Duitsland meldde een team van onderzoekers onlangs een op RNA gebaseerd antiviraal middel dat een sterke bescherming biedt tegen komkommer mozaic virus (CMV), een wijdverbreid en destructief plantenvirus.
CMV infecteert meer dan 1.200 plantensoorten, waaronder kritieke voedselgewassen zoals komkommers, pompoen en granen en medicinale planten. Het verspreidt zich door kleine sapzuigende insecten die bladluizen worden genoemd. Met bijna 90 bladluissoorten die CMV kunnen overbrengen, zijn uitbraken vaak moeilijk te bevatten.
In India is CMV verantwoordelijk voor 25-30% opbrengstverliezen in bananenplantages. In pompoenen, komkommers en meloenen kunnen infectiesnelheden tot 70%stijgen. Getroffen planten ontwikkelen een verkleuring van mozaïek, achtergebleven groei en commercieel niet haalbare vruchten.
Higs en Sigs
In de nieuwe studie gebruikten de onderzoekers RNA -silencing, een natuurlijk afweermechanisme dat in planten werd gevonden. Wanneer een virus een plant infecteert, introduceert het dubbelstrengs RNA (dsRNA), wat een rode vlag is voor het immuunsysteem van de plant.
De plant reageert door het activeren van Dicer-achtige enzymen (DCL’s), die de dsRNA in kleine fragmenten snijden die kleine interfererende RNA’s (siRNA’s) worden genoemd. Deze siRNA’s begeleiden vervolgens het verdedigingssysteem van de plant om het virale RNA te herkennen en te vernietigen, waardoor de infectie zich verspreidt.
Maar dit proces is verre van perfect. Niet alle door de plant gegenereerde siRNA zijn effectief en het virus muteert vaak snel en ontwijkt de natuurlijke verdediging van de plant. Om de immuniteit van de planten te versterken, onderzoeken onderzoekers op RNA gebaseerde technieken voor gewasbescherming, zoals door gastheer geïnduceerde gensilencing (HIG’s) en spray-geïnduceerde genuitschakeling (SIG’s).
HIGS werkt door planten te modificeren om virusbestrijdingsdsRNA in hun eigen cellen te produceren. Dit biedt gedurende het leven van de plant voortdurende bescherming. Maar voorschriften, hoge productiekosten en het potentieel voor virale weerstand beperken het wijdverbreide gebruik ervan.
Sigs is een flexibeler alternatief. Planten worden behandeld met RNA -sprays in plaats van genetisch gemodificeerd te worden. Bladeren absorberen het RNA, waardoor de natuurlijke immuunrespons van de plant wordt geactiveerd zonder het DNA te veranderen.
Hoewel Sigs geen genetische modificatie vereist en kosteneffectief en milieuvriendelijk is, is de effectiviteit ervan beperkt: traditionele dsRNA-formuleringen produceren een willekeurige mix van siRNA’s, waarvan vele het virus niet efficiënt tot zwijgen brengen.
Effectieve dsRNA
Om de beperkingen van bestaande RNA-gebaseerde benaderingen te overwinnen, ontwikkelden de onderzoekers een nieuwe aanpak die de effectiviteit van RNA-silencing tegen CMV verbeterde.
In plaats van willekeurig gegenereerd dsRNA te gebruiken, ontwierpen ze “effectief dsRNA” – genetisch gemanipuleerde dsRNA verrijkt met zeer functioneel siRNA. Deze speciaal geselecteerde siRNA binden aan het genetische materiaal van het virus om een sterkere antivirale respons te activeren. Hun bevindingen werden gepubliceerd in Nucleïnezuren onderzoek.
In een laboratoriumomgeving hebben onderzoekers eerst siRNA -kandidaten gescreend en de meest krachtige siRNA’s tegen CMV geïdentificeerd. Deze e-siRNA werd geassembleerd in dsRNA-constructen om ervoor te zorgen dat wanneer het verdedigingssysteem van de plant ze verwerkte, ze een hoge concentratie functionele siRNA zouden produceren. Deze methode resulteerde in een meer gerichte, efficiëntere vorm van op RNA gebaseerde plantbescherming.
De onderzoekers testten ook hun nieuwe methode door het meer effectieve siRNA en dsRNA rechtstreeks toe te passen op een modelfabriek, Nicotiana Benthamianageïnfecteerd met CMV. Ze schreven in hun artikel dat planten die met dit siRNA werden behandeld bijna 80% lagere virale belasting had, met enkele experimenten die volledige bescherming bereikten. De dsRNA -formulering presteerde beter dan het traditionele dsRNA omdat de plant ze efficiënter in actieve siRNA verwerkte, waardoor een sterkere immuunrespons werd gecreëerd.
Het team vond deze methode ook effectiever tegen meerdere CMV -stammen.
De nieuwe aanpak heeft drie belangrijke voordelen: (i) Het is preciezer omdat het immuunsysteem van de plant is gericht op de meest kwetsbare genetische regio’s van de virale deeltjes, waardoor het vermogen om infectie te bestrijden, een boost is. (ii) Het biedt een sterkere verdediging omdat het meer effectieve dsRNA zich tegelijkertijd richt op meerdere gebieden van het virale genoom, waardoor het voor het virus moeilijker is om te muteren en te ontsnappen. (iii) De effectieve dsRNA kan in ongeveer een maand opnieuw worden ontworpen om zich te richten op nieuwe virale stammen.
Onderzoekers passen momenteel op RNA-gebaseerde agenten handmatig toe in laboratoriumomstandigheden door te injecteren of door ze op plantenbladeren te wrijven. Om de behandeling mogelijk te maken voor het gebruik van real-world, ontwikkelt het team momenteel op spray gebaseerde oplossingen en bereidt u zich voor op veldproeven om hun effectiviteit in natuurlijke omstandigheden te testen.
Terwijl de studie zich richtte op CMV, kunnen de principes van de nieuwe dsRNA -technologie worden toegepast om andere belangrijke plantenvirussen te bestrijden, zoals het tomatengele bladkrulvirus, het aardappelvirus Y en het tabaksmozaïekvirus. De onderzoekers hebben ook de overtuiging uitgesproken dat op RNA gebaseerde benaderingen kunnen worden uitgebreid tot doelwitschimmel- en bacteriële ziekten en insectenplagen.
Meer tijd
Ondanks het enorme potentieel is een grote hindernis stabiliteit in buitenomstandigheden. RNA -moleculen worden snel afgebroken wanneer ze worden blootgesteld aan zonlicht, regen en bodemmicroben. De onderzoekers werken aan op nanodeeltjes gebaseerde leveringssystemen om RNA-stabiliteit te verbeteren en langdurige bescherming te garanderen.
Een andere uitdaging is kosten en schaalbaarheid. Terwijl de productiekosten dalen, blijft grootschalig gebruik duur. Dit vereist verdere innovatie die het economisch levensvatbaar maakt voor boeren.
Ten slotte vormen de goedkeuringen van de regelgeving een uitdaging. Het US Environmental Protection Agency verleende de eerste goedkeuring van de wereld voor een op RNA gebaseerd gewasbeschermingsproduct pas in 2023; De regelgevingsprocessen in andere landen, waaronder India, kunnen meer tijd kosten.
Manjeera Gowravaram is gepromoveerd in RNA -biochemie en werkt als freelance wetenschapsschrijver.
Gepubliceerd – 28 april 2025 05:30 AM IST
